최원태/창원본부 취재본부장-재미있는 자동차 이야기(10)

오늘은 터보차저에 관한 이야기를 하려한다. 대부분 터보란 말은 많이 들어봤지만 그 원리와 기능에 대해 아는 분들은 많지 않다.

우선 터보는 무슨 뜻일까? 터보란 최대의 흡기효율로 최대의 출력을 생산한다는 뜻인데 터보란 말은 라틴어의 ‘투르보’에서 유래된 말이고 터보엔진이란 터빈을 이용하여 출력을 높인 엔진을 말한다.

그러면 기본 원리는 무엇일까? 간단히 말하면 엔진에서 배출된 배기가스 에너지를 이용해 풍차 같은 날개 즉 터빈을 돌려 같은 축 반대편에 있는 컴프레서를 돌게 하는 것인데 그러면 회전하는 컴프레서가 공기를 압축해 엔진에 밀어 넣어주면서 고출력을 얻는 장치가 터보차저이다.

그러니까 자동차의 출력을 높여주는 장치인데 일반적으로 자동차의 출력을 높이는 가장 손쉬운 방법이 배기량을 늘려주는 것이다. 하지만 이 방법은 배기량을 늘리기 위해 실린더 수를 늘려야 하기 때문에 엔진의 부피가 커지고 차 가격이 비싸진다는 단점이 있다.

그래서 똑같은 배기량으로 출력을 증가시키는 장치가 개발되었는데 그것이 바로 터보엔진 인 것이다. 그러면 그 동력은 어디서 나오는 걸까? 3000cc 엔진을 예로 들어보면 실제 연소되는 연료는 2400cc 정도 밖에 되지 않는다.

그만큼 출력감소가 발생하는 것인데 그래서 이 엔진의 배출가스 이용하여 동력을 얻는 것이 터보 장치 인 것이다. 하여 일반 자동차에서는 버려지는 힘이 많다는 것이다. 엔진 폭발력의 전부가 자동차를 움직이는데 쓰는 것은 아니다. 일부분만 바퀴를 구동하는데 쓰이고 나머지는 부수적인데 사용되거나 도망가 버리고 마는 것이다.

엔진 폭발력은 실린더의 마찰에 의해 5% 감소되고 35%는 엔진을 식히는데 사용되는가 하면 또 30%는 배출가스로 빠져나가 버리고 말아서 실제 바퀴구동에 사용되는 원래의 폭발력은 30% 밖에 되지 않는다. 그런데 터보차저는 바로 빠져나가는 힘, 즉 폭발력의 30%나 되는 배출가스를 이용해 터빈을 돌린다.

보통 배기가스는 섭씨 900도 가까운 열을 가지고 있어서 이렇게 높은 온도의 가스가 배기 매니폴드를 지나면 속도는 거의 음속만큼 빨라지는데 그 힘으로 터빈이 힘차게 돌아가는 것이다.

슈퍼차저는 크랭크샤프트의 회전력을 이용하고 터보차저는 배출가스를 이용하는 것인데. 실린더 안에 혼합연료를 강제적으로 밀어 넣는 방법이 터빈을 이용하면 터보차저이고 펌프를 이용하면 슈퍼차저 이다.

따라서 터보차저와 슈퍼차저는 그 방법만 다를 뿐이지 원리는 같은 것이다. 슈퍼차저는 엔진의 크랭크사프트로 구동되는 컴프레서에 의해 펌프를 작동시켜 실린더내로 혼합연료를 강제적으로 밀어 넣는 방식이어서 중, 저속에서의 토크 향상에 효과가 크기 때문에 공기가 적은 고공을 비행하는 항공기에 공기를 많이 넣으려고 사용하는데 크랭크샤프트의 회전력을 직접 이용하기 때문에 엔진의 힘을 빼앗아가는 단점이 있다. 그래서 실용차에는 잘 사용되지 않는 것이다. 터보차저는 가솔린보다 디젤엔진에 더 효율적으로 적용되는데 처음에는 비행기 제작회사가 최초로 개발했고 그 이후 미국의 자동차 회사가 실용화 시켰다.

그러면 언제부터 터보차저가 사용되었나? 터보차저가 유명해진 것은 1차 대전 중 항공기 엔진에 사용되면서부터였고 자동차에는 50년대에 미국에서 최초로 장착했지만 대중화되지 못했다. 그러다가 1974년, 미국에서 터보 자동차를 시판하면서부터 서서히 인기를 끈 것이다.

요즈음 터보차저는 산업용 엔진과 트럭 상용차 부문 등에서 광범위하게 사용되고 있는데. 트럭과 RV, 보트에 이르기까지 거의 모든 엔진에 터보차저가 적용되고 있는 실정이다.

터보엔진 같은 경우에는 과급기를 사용하기 때문에 일반 엔진보다 에진 내부 온도가 높다. 최근에는 다운사이징화 되면서 낮은 배기량에 터보가 장착되어 나오는 엔진이 많기 때문에 간단한 터보관리법을 알아두는 것도 좋다.

출발 전에 터보엔진 같은 경우 예열을 필수적으로 해야 한다. 주행을 할 때도 5~10분간은 급가속을 자제해야 한다. 주행 후에는 일반엔진들보다 엔진의 온도가 높게 잡혀져 있어 터빈의 온도가 매우 높아있는 상태기 때문에 바로 시동을 끄면 터빈으로 들어가는 엔진오일의 흐름이 끊기기 태문에 보통 주차 후 5분 정도의 후열이면 충분하다.

후열은 주행 후 주차를 한 뒤 바로 시동을 끄지 않고 잠시 터보차저가 식을 시간을 주는 것을 말한다. 갑자기 시동을 끌 경우 고속으로 돌던 터보차저에 윤활유가 공급되지 않아 엔진 내구성이 떨어지고 디젤엔진 특유의 소음도 커진다.